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耐火电缆的主要材料:云母带耐热的应用

2014-2-24

我国耐火电缆的开发及应用已有十多年历史,但作为耐火电缆的主要材料云母带(指用云带绕包作为耐火层的结构)至今尚无正式专用产品和相应的产品标准。前十年间,为了满足耐火云母带的市场需求,西安交通及有关云母带生产厂等先后对耐火电缆用云母带的选用开展过研究实验。我所徐应麟高级工程师综合国内外耐火云母带的研究资料,并经试验、应用验证提出了上海电缆研究所技术条件Q/SJ0591《电线电缆用耐火云母带》。该技术条件对耐火电缆用云母带的型号、技术性能及试验方法等作出了规定,成为线缆行业选用云母带的指导性文件。 
  
  GB12666.690《电线电缆耐火特性试验方法》标准,把耐火试验分AB两类,其燃烧时的火焰温度分别为9501000℃750800℃。而Q/SJ0591规定耐火电缆云母带的考核温度为800℃。显然,这只适用B类要求,那么,A类试验条件的云母带如何选用和考核,目前国内不少厂家提供的云母带能否满足A类要求?本文就此谈一点你看法。 
  
  耐火电缆用云母带由云母纸、玻璃纤维布和粘结剂三大材料组成。其中云母纸是火焰温度下确保电缆电器绝缘的关键部件。可以说云母纸的耐热水平决定了云母带的耐热等级。下面对组成云母带的三大材料的耐热性作一下比较。 
  
  一、云母纸:云母纸是由片云母或粉云母用水胀法工艺制成。根据其成分的不同,常用于电工绝缘的云母纸有白云母、金云母和氟金云母(合成云母)三类。这三种云母纸的分子组成及允许工作温度如表1所示。 
  
  表1  
  

种类

分子式

允许工作温度

长期

短期

白云母

KAL2AlSi2O102

350450

600

金云母

KMg3AlSi3O10)(OH.F2

600650

800

氟金(合成云母)

KMg3AlSi3O10F2

1000

1200


  二、玻璃纤维布:玻璃纤维布主要起加强作用,跟据工艺和使用要求分单面和双面玻纤加强云母带。用作云母带加强的玻璃纤维布采用无碱玻璃丝织成,具有较好的抗张力和柔软度。当玻璃纤维中SiO2的含量为90%时,其工作温度可达1000℃,纯SiO2(石英玻璃)玻璃丝工作温度可接近1600℃。 
  
  三、有机硅粘合剂:有机硅粘合剂是硅粉和其他有机物化合而成的胶状物质,经溶剂稀释后,对云母纸和玻璃布带有良好的亲和力和渗透性。粘合后得云母带在适当温度和固化剂的作用下制成具有一定剥离强度和柔软度的成品云母带。有机硅粘合剂在火焰温度下,其中有机物连同部分硅粉分解挥发掉(冒白烟)形成烧结状硅粉,但因有机硅粘合剂中含碳量极低,高温作用后的残留物仍具有较高的电气绝缘性能。 
  
  从以上对构成云母带的基材分析,其耐热性能只要取决于云母纸的品种。表1三种云母纸中,白云母因耐热性在火焰温度以下,不适合制造耐火电缆用云母带。金云母的短期工作温度为800℃,国外有用到900℃的报道。金云母带是目前我国用于耐火电缆最多的耐火材料。氟金云母(合成云母)带耐热性能长期为1000℃,短期达1200℃。目前国内已有多家云母带厂生产这一产品。笔者近年来对多加云母带厂提供的产品进行过较多的测试,从而可以得出这样一个结论;当粘合剂的质量得到同等保证的前提下,云母带在高温下的电气绝缘性能取决于云母纸的品种。表2是按Q/SJ0591技术条件规定的试验方法测得的几种云母带的统计结果。 
  
  表
  

云母带品种

高温下90min后绝缘电阻及试验后表现情况

800℃

金云母带

1.31.8MΩ

0.3~0.6MΩ

<0.03MΩ

绕包层紧密完好,表面附少量白色硅粉,但绕包层失去弹性

基本完好,表层粉末加厚稍加外力云母纸呈片状剥落

明显膨胀,粉状层散落,云母纸有龟裂纹路

合成云母带

完好无损,仍显光泽

完好,但绕包层失去弹性

基本完好,但变脆


  注:1.金云母带在900℃900min后经1kV5min工频耐压不击穿;
  
  2.合成云母带在1000℃90min后经1kV5min工频耐压不击穿。 
  
  综上所述,从国内、外有关资料报道和实测结果看,金云母带和合成云母带的短期耐热分别可以为900℃1000℃。为了确保耐火电缆产品的质量和满足GB12666.690对于A类和B试验和要求,A类耐火电缆宜选用合成云母纸云母带;B类耐火电缆则可采用金云母纸云母带。 
  
  关于云母带的质量,如同所有电线电缆用材料一样,云母带作为耐火电缆的主要原材料,应有其产品标准。笔者认为Q/SJ0591技术条件对云母带产品的规定的性能指标及测试方法全面的反映了客观实际的需要。云母带高温下的电性能采用绝缘电阻值及耐电压两项指标同时考核是必要的,由于耐火电缆的品种较多,某些场合对整个绝缘系统(包括导体对导体、导体对屏蔽系统之间)有一定要求,当绝缘电阻下降到一定值,即使未出现绝缘击穿,也将使整个电路系统丧失正常运行功能。那么,对于1000℃高温下,云母带的绝缘电阻规定为多大好呢?从提高耐火电缆质量和我国云母带实际水准两方面出发,1000℃90min后绝缘电阻≥0.3 MΩ(Q/SJ0591测试方法)是必要的、可行的。 
  
  对于耐火电缆质量,就其耐火这一功能而言,云母带质量是关键的。但某些云母带专业生产厂反映,目前价格相对高一些的高品质云母带并不经常受到客户的欢迎。有的电缆厂忽视原材料质量;单纯追求降低电缆制造成本,寄希望于上帝保佑,永无火患。有电缆销售人员戏称:大火无情,火灾一旦发生,现场付之一炬,谁能查出电缆质量的问题。有云母带专业销售人员估计,目前的耐火电缆可能有很多不合格。
   
  对于这一估计,因没有人去做过调查,难以判断其真伪。但是,耐火电缆是一种特殊产品,质量要求特别高。电缆用户花上比普通电缆高出将近一倍甚至几倍的投资选用耐火电缆,其目的就是为了在相当长的时间内保证电缆有稳定、良好的耐火性能。
  
  有鉴于此,建议电缆行业上级主管对耐火电缆的生产实行特别许可证制度,在电缆的供销合同上起码应有十年以上的质量保证期。为了给电缆用户提供优质产品,线缆厂有关部门应从原材料采购、电缆制造工艺、产品出厂检验等几个环节建立严格的质量保证体系及相关制度,做到电缆售出后至十年以上一旦出现质量问题,可以追查到质量直接责任者。只有从原材料供应方、电缆制造方、电缆用户都把质量作为头等大事来抓,才能在真正确保耐火电缆这一特殊产品的质量。

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